CN109209452A - 一种多拱装夹用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多拱装夹用机械手，其包括一端装设于台车底盘上的回转折叠机构，所述回转折叠机构的另一端依次连接伸缩机构、多自由度小臂、多拱装夹平台，且所述回转折叠机构和所述伸缩机构之间设置俯仰油缸。回转折叠机构包括设置在最底端的第一回转装置（11），第一回转装置上设置第一下支座（12），下支座的两侧分别铰接第一连杆（13）和第二连杆（15）的一端，第一连杆和第二连杆的另一端铰接在第一上支座（14）上，使第一下支座、第一连杆、第一上支座、第二连杆构成四连杆机构，四连杆机构的相邻杆件上设置能使回转折叠机构摆动的第一油缸（16）。本发明可实现快速支护作业，将多榀拱架一次性安装到位，大大提高施工人员安全性以及施工效率。

Description

一种多拱装夹用机械手

技术领域

本发明涉及拱架台车，特别是一种多拱装夹用机械手。

背景技术

在水电隧道、地铁工程、铁路隧道、公路隧道、地下厂房、军事地下工程施工中如果围岩不稳定则需要预先架设拱架(格栅拱)、施做锚杆、挂设钢筋网，防止隧道塌方。

由于隧道横截面较大，拱架跨度大，因而为方便施工现有的施工工艺是将一榀拱架分成多节拱架段，且多节拱架段搬运进隧道安装位置后，再借助台架，由人力在隧道内拼装成完整的支护拱架再进行安装。整个施工过程繁琐，劳动强度大，效率低。

经过多年的研发与积累，现在已实现仿人工的机械化拱架安装施工，虽说减轻了工人的劳动强度，但还是一榀榀拱架进行安装，因而整体效率仍然不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术不足，提供一种可实现快速支护作业，将多榀拱架一次性安装到位，大大提高施工人员安全性以及施工效率的多拱装夹用机械手。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种多拱装夹用机械手，其包括一端装设于台车底盘上的回转折叠机构，所述回转折叠机构的另一端依次连接伸缩机构、多自由度小臂、多拱装夹平台，且所述回转折叠机构和所述伸缩机构之间设置俯仰油缸。

所述回转折叠机构包括设置在最底端并能使机械手回转的第一回转装置，所述第一回转装置上设置第一下支座，第一下支座的两侧分别铰接第一连杆和第二连杆的一端，第一连杆和第二连杆的另一端铰接在第一上支座上，使第一下支座、第一连杆、第一上支座、第二连杆构成四连杆机构，四连杆机构的相邻杆件上设置能使回转折叠机构摆动的第一油缸。

所述伸缩机构包括依次相互套接的第一臂、第二臂、第三臂；所述第一臂和第二臂之间铰接第二油缸的首尾两端；所述第二臂和第三臂之间铰接第三油缸。

所述多自由度小臂包括与所述伸缩机构连接的第二回转装置，第二回转装置上固定设置回转座，所述回转座上铰接第四油缸和小臂的一端，第四油缸的另一端铰接于小臂的中部，，且小臂上装设有用于监控小臂俯仰角度的角度传感器，控制系统接收角度传感器的信号并反馈给液压系统以调节第四油缸，使小臂保持水平状态。根据时间情况亦可关闭自动调皮功能，通过手动控制小臂姿态。

所述多拱装夹平台包括由第三回转装置形成的回转副，回转副使多拱获得在第三回转装置回转平面内的调整自由度；第三回转装置上面设置第二下支座，一第二上支座与第二下支座铰接，且第二上、下支座之间设置摆动油缸而形成一摆动副，使多拱获得垂直于第三回转装置回转平面的调整自由度；一支撑台架上设置有导轨，所述第二上支座的顶部设置有导向槽，导向槽与导轨配合使第二上支座与支撑台架组成一组移动副，第二上支座的一侧与平移油缸的一端连接，平移油缸的另一端连接支撑台架，通过平移油缸的伸缩使支撑台架沿导向槽来回移动，使多拱获得水平方向调整自由度。

所述第三油缸的前端通过第二托轮支撑在所述第三臂的内侧面，所述第二油缸的前端通过第一托轮支撑在所述第三油缸的外侧面。

所述支撑台架上安装多个用于固定多拱的固定装置。

所述固定装置包括与支撑台架固定连接的固定座，固定座的上部设有用于置入多拱的V型导向槽，固定座的两侧分别铰接夹紧臂的中部，且两夹紧臂的下端经夹紧油缸连接，通过夹紧油缸伸出作用于两夹紧臂，使两夹紧臂上部收缩压住多拱。

所述支撑台架的端部设置浮动支撑装置。

所述浮动支撑装置包括驱动油缸和摆动架，摆动架上部设置有支撑杆，摆动架的一侧与支撑台架铰接，所述驱动油缸的一端与所述摆动架的底部铰接，所述驱动油缸的另一端与所述支撑台架固定连接。

与现有技术相比，本发明藉由多拱装夹平台可将多拱一次性运送到隧道到，且通过控制回转折叠机构、俯仰油缸、伸缩机构、多自由度小臂、多拱装夹平台的相应自由度，将多拱推送至指定位置，因而可实现拱架的快速支护作业，将多榀拱架一次性安装到位，大大提高施工人员安全性以及施工效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明回转折叠机构的结构示意图。

图3为本发明多拱装夹平台的仰视立体结构示意图。

图4为本发明多拱装夹平台俯视立体结构示意图。

图5为本发明多拱装夹平台的主视图。

图6为本发明多拱装夹平台的侧视图。

图7为本发明固定装置结构示意图。

图8为本发明固定装置夹持拱架状态结构示意图。

图9为本发明浮动支撑装置结构图。

图10为本发明浮动支撑装置的使用状态图。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本发明多拱装夹用机械手一实施例包括回转折叠机构1、俯仰油缸2、伸缩机构3、多自由度小臂4、多拱装夹平台5。其中：

如图1、图2所示，回转折叠机构1包括设置在机械手的最底端并能使机械手回转的第一回转装置11，第一回转装置11上设置第一下支座12，第一下支座12的两侧分别铰接第一连杆13和第二连杆15的一端，第一连杆13和第二连杆15的另一端铰接在第一上支座14上，这样使第一下支座12、第一连杆13、第一上支座14、第二连杆15构成依次连接的四连杆机构。四连杆机构的第二连杆15与第一下支座12之间铰接第一油缸16，当第一油缸16伸出时，第二连杆15将绕与第一下支座12的铰接点逆时针转动。根据四连杆机构原理，第一上支座14也将绕与第二连杆15的铰接点逆时针转动，相应地，第一连杆13绕与第一下支座12的铰点逆时针转动。当第一油缸16缩回时，第二连杆15将绕与第一下支座12的铰接点顺时针转动。根据四连杆机构原理，第一上支座14也将绕与第二连杆15的铰接点顺时针转动，相应地，第一连杆13绕与第一下支座12的铰点顺时针转动。

在本实施例中，第一油缸16安装在第二连杆15与第一下支座12之间，但并不局限于此，第一油缸16只要设置在由第一下支座12、第一连杆13、第一上支座14、第二连杆15顺序连接形成的闭环四连杆机构的相邻单元上，能驱动四连杆机构绕其铰接点转动即可，比如第一下支座12和第一连杆13之间，第一连杆13和第一上支座14之间，第一上支座14和第二连杆15之间。

如图1所示，伸缩机构3包括第一臂31、第二臂32、第三臂33、第二油缸34、第三油缸35、第一托轮36、第二托轮37及滑块系统。第一臂31、第二臂32、第三臂33依次相互通过滑块系统套接。第二油缸34的两端分别与第一臂31、第二臂32铰接，第二油缸34伸出时，第二臂32相对于第一臂31伸出，第二油缸34缩回时，第二臂32相对于第一臂31缩回。第三油缸35的两端分别与第二臂32、第三臂33铰接，第三油缸35伸出时，第三臂33相对于第二臂32伸出，第三油缸35缩回时，第三臂33相对于第二臂32缩回。

第三油缸35前端固定有第二托轮37，第二托轮37轮面与第三臂33内侧面相切，能够有效支撑第三油缸35。第二油缸34前端固定有第一托轮36，第一托轮36轮面与第三油缸35外圆面相切，能够有效支撑第二油缸34。

如图1所示，第一臂31一端与上支座14上端铰接。俯仰油缸2一端与上支座14中间铰点铰接，俯仰油缸2另一端与第一臂31中间铰点铰接。俯仰油缸2伸出时，第一臂31相对于回转折叠机构1上仰。俯仰油缸2缩回时，第一臂31相对于回转折叠机构1下俯。

如图1所示，多自由度小臂4设置在伸缩机构3的末端。第二回转装置41的一端与第三臂33末端连接，第二回转装置41另一端固定设置回转座42。当第二回转装置41回转时，回转座42相对于第三臂33回转。回转座42上铰点与小臂44一端铰接，回转座42下铰点与第四油缸43一端铰接，第四油缸43另一端与小臂44的中部铰点铰接。当第四油缸43伸缩时，小臂44相对于回转座42俯仰。小臂44上设置有电控系统，电控系统实时监控小臂44角度状态，并反馈给液压系统实时调节第四油缸43，使小臂44保持水平状态。根据时间情况亦可关闭自动调皮功能，通过手动控制小臂姿态。

多自由度小臂4的末端上方设置多拱装夹平台5。

如图3－图10所示，多拱装夹平台5包括第三回转装置51、第二下支座52、第二上支座53、摆动油缸54、支撑台架55、平移油缸56、浮动支撑装置57、固定装置58。

第三回转装置51包括位于下部的固定部分和位于上部的回转部分，固定部分上设置有与小臂44连接的可拆卸接口，回转部分经回转支承连接固定部分，回转部分与第二下支座52固定连接，通过第三回转装置51的回转运动使多拱获得在第三回转装置51回转平面内的回转调整自由度。

第二上支座53与第二下支座52铰接，第二下支座52的右端设置有油缸安装座与摆动油缸54的一端连接，第二上支座53的右端设置有油缸安装座与摆动油缸54的另一端连接，通过摆动油缸54的作用使得第二上支座53相对第二下支座52摆动使多拱获得垂直于第三回转装置51的回转平面的上下调整自由度。

第二上支座53的顶部设置有导向槽531，支撑台架55上设置有导轨551，藉由导向槽531与导轨551的配合使第二上支座53与支撑台架55组成一组移动副。第二上支座53的左端设置有油缸安装座与平移油缸56的一端连接，支撑台架55的左端设置有油缸安装座与平移油缸56的另一端连接，通过平移油缸56的伸缩作用使得支撑台架55可以沿导向槽531来回移动，使得多拱6获得左右方向调整自由度：平移油缸56伸出时支撑台架55将相对于第二上支座53向左运动，平移油缸56缩回时支撑台架55将相对于第二上支座53向右运动。

如图6－图8所示，固定装置58设置在支撑台架55的中间上部。固定装置58包括经螺栓与支撑台架55连接的固定座581，固定座581的上部设有V型导向槽，固定座581的两侧分别铰接夹紧臂583，两夹紧臂583的中部与固定座581铰接，且两夹紧臂583的下端经夹紧油缸582连接。当多拱通过固定座581的V型导向槽落入固定装置58，夹紧油缸582伸出作用于两夹紧臂583，使得两夹紧臂583上部相对旋转而压住多拱6。固定装置58的数量为多套，根据多拱中所含拱架的最大数量配置。相邻固定装置58之间的间距可根据拱架支护工艺有级或无级调节，比如可采用多组安装孔进行有级调节，也可采用步进电机或伺服电机驱动丝杆进行无极调节。

可选择的是，如图9、图10所示，在支撑台架55的上面外侧（可以是左侧，也可以是右侧）设置浮动支撑装置57。浮动支撑装置57包括驱动油缸571和摆动架572。摆动架572设于支撑台架55的一端上表面，且摆动架572的一侧与支撑台架55铰接，摆动架572的另一侧设置支撑杆573，摆动架572与支撑台架55铰接的一侧延伸到支撑台架55下面。驱动油缸571设于支撑台架55的下面，且驱动油缸571的一端与支撑台架55固定连接，驱动油缸571的另一端与摆动架572与支撑台架55铰接的一侧铰接固定。这样，通过驱动油缸571的伸缩作用可调节浮动支撑装置57的摆动架572上支撑杆573的高度，即调整摆动架572的支撑高度，以保证不同半径拱架的可靠支撑。

可选择的是，支撑台架55在进行多拱支护作业后可作为高空作业平台使用。

利用本发明进行拱架安装时，拱架被分为左、中、右三段，其中中段为多拱6，多拱是由多榀拱架并排布置且与相应连接横筋和钢筋网焊接而成的成型拱架，其中左、右段拱架是零散的单节拱架。具体使用时，首先通过起吊装置将多拱6吊至多拱装夹平台5上，并用固定装置58夹紧后，藉由拱架台车将多拱运送至施工现场，再通过回转折叠机构1、俯仰油缸2、伸缩机构3、自动调平小臂4的动作将多拱初步推送至安装位置附近，并通过多拱装夹平台5微调多拱位置使其与安装位置贴合，并进行具体的安装施工作业即可。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种多拱装夹用机械手，其特征在于包括一端装设于台车底盘上的回转折叠机构（1），所述回转折叠机构的另一端依次连接伸缩机构（3）、多自由度小臂（4）、多拱装夹平台（5），且所述回转折叠机构和所述伸缩机构之间设置俯仰油缸（2）。

2.根据权利要求1所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述回转折叠机构包括设置在最底端并能使机械手回转的第一回转装置（11），所述第一回转装置上设置第一下支座（12），第一下支座的两侧分别铰接第一连杆（13）和第二连杆（15）的一端，第一连杆和第二连杆的另一端铰接在第一上支座（14）上，使第一下支座、第一连杆、第一上支座、第二连杆构成四连杆机构，四连杆机构的相邻杆件上设置能使回转折叠机构摆动的第一油缸（16）。

3.根据权利要求1所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述伸缩机构包括依次相互套接的第一臂（31）、第二臂（32）、第三臂（33）；所述第一臂和第二臂之间铰接第二油缸（34）的首尾两端；所述第二臂和第三臂之间铰接第三油缸（35）。

4.根据权利要求1所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述多自由度小臂包括与所述伸缩机构连接的第二回转装置（41），第二回转装置上固定设置回转座（42），所述回转座上铰接第四油缸（43）和小臂（44）的一端，第四油缸的另一端铰接于小臂的中部，，且小臂上装设有用于监控小臂俯仰角度的角度传感器，控制系统接收角度传感器的信号并反馈给液压系统以调节第四油缸，使小臂保持水平状态。

5.根据权利要求1所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述多拱装夹平台包括由第三回转装置（51）形成的回转副，回转副使多拱获得在第三回转装置回转平面内的调整自由度；第三回转装置上面设置第二下支座（52），一第二上支座（53）与第二下支座铰接，且第二上、下支座之间设置摆动油缸（54）而形成一摆动副，使多拱获得垂直于第三回转装置回转平面的调整自由度；一支撑台架（55）上设置有导轨（551），所述第二上支座的顶部设置有导向槽（531），导向槽与导轨配合使第二上支座与支撑台架组成一组移动副，第二上支座的一侧与平移油缸（56）的一端连接，平移油缸的另一端连接支撑台架，通过平移油缸的伸缩使支撑台架沿导向槽来回移动，使多拱获得水平方向调整自由度。

6.根据权利要求3所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述第三油缸的前端通过第二托轮（37）支撑在所述第三臂的内侧面，所述第二油缸的前端通过第一托轮（36）支撑在所述第三油缸的外侧面。

7.根据权利要求5所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述支撑台架上安装多个用于固定多拱的固定装置（58）。

8.根据权利要求7所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述固定装置包括与支撑台架固定连接的固定座（581），固定座的上部设有用于置入多拱的V型导向槽，固定座的两侧分别铰接夹紧臂（583）的中部，且两夹紧臂的下端经夹紧油缸（582）连接，通过夹紧油缸伸出作用于两夹紧臂，使两夹紧臂上部收缩压住多拱。

9.根据权利要求5所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述支撑台架的端部设置浮动支撑装置（57）。

10.根据权利要求5所述的一种多拱装夹用机械手，其特征在于，所述浮动支撑装置包括驱动油缸（571）和摆动架（572），摆动架上部设置有支撑杆（573），摆动架的一侧与支撑台架铰接，所述驱动油缸的一端与所述摆动架的底部铰接，所述驱动油缸的另一端与所述支撑台架固定连接。